某地铁盾构穿越广深铁路桥影响分析及施工控制研究.pdf
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1、韭夏窑盟友生亟堂也:| 佥童 生圭撞噩 中文摘要 摘要:城市环境中,高层建筑、高架桥梁等密布云集,而这些建筑物很多都 采用桩基基础,由于受线路、地下空间等的限制,盾构隧道有时不可避免地要从 桩下、桩侧和桩位置处穿过。盾构技术近年来虽有了很大进步,但施工中仍几乎 不可避免地引起周围土体的移动,移动土体作用在桩基之上就会引起桩的附加变 形和内力t 从而对桩的稳定和安全产生一定的影响。这样盾构穿越桩基时对既有 建( 构) 筑物的影响及处理措施就成为工程中需要解决的难题之一。本文针对以 上问题进了相应研究,主要内容如下: ( 1 ) 总结了盾构法隧道施工引起地层移动和地表沉降的机理。总结分析现有 的研
2、究成果,并结合广卅I 地铁二号线盾构隧道工程。建立三维数值模型,研究了 盾构施工对地表沉降的影响规律。 ( 2 ) 总结并分析了盾构施工对临近单桩的影响机理和规律。根据盾构施工的 特点,总结了桩与盾构隧道的位置关系,将盾构施工对桩的影响的阶段进行了划 分。 ( 3 ) 分析研究了盾构近距穿越对广深铁路桥变形的影响。利用有限元软件对 广州l 地铁二号线下穿广深铁路桥I I 线的典型情况进行数值模拟,在合理建模及参 数选取的基础上对盾构施工引起的桥梁变形规律进行分析。 ( 4 ) 分析探讨不同盾构参数条件下铁路桥沉降变化趋势,总结不同盾构参数 对穿越工程的影响特点,为盾构穿越工程提供合理建议。 (
3、 5 ) 提出了盾构穿越桩基的方法、步骤,并结合广卅l 地铁二号线工程阐述了 盾构近距穿越桩基时的施工参数控制和常见的辅助工程措施等,提出盾构近距穿 越桩基时的掘进参数优化方案。 关键词:盾构法;桩基:近距:地层沉降t 桩土相互作用;施工参数控制 韭立童堑丛芏亟兰i 监塞旦塾玉工 A B S T R A C T A B S T R A C T :I na nu r b a ne n x7 i r o n m e n t tal o to f h i 曲- r i s eb u i l d i n g sa n db r i d g e sa r e s u p p o s e db yp i
4、l ef o u n d a t i o n s W h e ns h i e l dt u n n e l i n ga d j a c e n tt op i l ef o u n d a t i o n si s u n a v o i d a b l ed u e “ t ou n d e r g r o u n ds p a c er e s t r i c t i o n s t h o u g hg r e a tp r o g r e s sh a sb e e n m a d ei ns h i e l dt e c h n o l o g ya tp r e s e n t
5、 - i ta l m o s ti n e v i t a b l yc a u s e sg r o u n dm o x , e m e n t s w k i c hi nt u r nw i l li m p o s ea d d i t i o n a la x i a la n dl a t e r a lf o r c e so n ,a n dl e a dt oa d d i t i o n a l d i s p i a c e m e n t so f a d j a c e n tp i l ef o u n d a t i o n sT h i sh a sb e
6、c o m ea l li s s u eu r g e n t l yn e e d e dt o b er e s o l v e dt oa s s e s st h el i k e l yi m p a c to fs h i e l dt u r m e l i n go na d j a c e n tp i l ef o u n d a t i o n s a n dt a k ep r o t e c t i o nm e a s u r e s U s i n gs i t em o n i t o r i n gd a t a ,n u m e r i c a la n
7、dt h e o r e t i c a l a n a l y s i s t h i sd i s s e r t a t i o nc o n d u c t e das y s t e m a tcr e s e a r c hi nt h ef o l l o w i n ga s p e c t s : 1T h et l e a t u r e s ,m e c h a n i s m sa n df a c t o r so f g r o u n dm o v e m e n t sc a u s e db ys h i e l d t u n n e l i n ga r
8、es u m m a r i z e d O nt h eb a s i so f m o n i t o r i n gd a t ao f G u a n g z h o um e t r oN o2 l i n ep r o j e c t ,t h ec h a r a c t e r i s t i c so fg r o u n dm o e m sc a u s e db yc o m b i v e ds h i e l d d r i v i n gi nm i x e ds o f t - a n d - r i g i ds t r a t aa r ei n v e s
9、 t i g a t e d ta n dam e t h o di sp r o p o s e df o r e s t i m a t i n gg r o u n dm o v e m e n t si n d u c e db ys h i e l dt u n n e l i n g 2T h ef e a t u r e sa n dm e c h a n i s m so f t h e p i l er e s p o n s e s a r ed i s c u s s e dS u m m a r i z e d t h er e l a t i o n s h i po
10、 ft h e p i l ea n dt h el o c a t i o no ft h es h i e l dm n n e Ib a s e db a s e do nt h e f e a t u r e so fs h i e l dc o n s t r u c t i o nA tl a s t ,t h es h i e l ds t a g eo f t h ec o n s t r u c t i o ni m p a c to nt h e p i l eh a sb e e nd i v i d e d 3A m e t h o d f o ra n a l y z
11、n gr e s p o n s e so f t h e b r i d g ec a u s e d b ys h i e l d i n g t u n n e l i n g i s p u tf o r w a r d U s i n gt h eA n s y ss o f l w a r et os i m u l a t et h eG u a n g z h o um e t r oN o2l i n e b e n e a t ht h eG u a n g z h o u S h e n z h e nr a i l w a yb r i d g e ,t h ea n
12、a l y s i so f t h eb r i d g ed e f o r m a t i o n c a u s e d b ys h i e l dc o n s t r u c t i o no nt h e b a s i so fr e a s o n a b l em o d e l i n ga n dp a r a m e t e r s e l e c t i o ni sp u tf o r w a r d 5 A n a l y z e t h ed e f o r m a t i o n l a wo f G u a n g z h o u S h e n z h
13、 e nr a l W f l ,Vb r i d g e i nd i f f e r e n t p a r a m e t e r so fs h i e l da n dc o n s t r u c t i o ns c h e m et op r o v i d er e a s o n a b l er e c o m m e n d a t i o n s a n dg u i d et h es i m i l a rc o n s t r u c t i o n 4P r o c e d u r e sa n dc o n t r o lm e t h o d sf o r
14、s h i e l dt u n n e l i n ga d j a c e n tt op i l ef o u n d a t i o n s a r ep r e s e n t e dC o n t r o lo f c o n s t r u c t i o np a r a m e t e r s 、a u x i l i a r yt r e a t m e n tm e a s u r e sf o rp i l e f o u n d a t i o n sa n dm e t h o d sf o ra s s e s s i n gp i l er e s p o n
15、s e sc a u s e db ys h i e l d t u n n e l i n ga i - e e m p h a s i z e d K E Y W O R D S :s h i e l dt u n n e l i n g ;p i l ef o u n d a lo n ;g r o u n dm o 、。e m e n t s t a b i l i t y : p i l e s o i li n t e r a c t i o n :t r e a t m e n tm e a s u r e s 韭立至盟玉兰亘芏焦监盔且星 目录 中文摘要 i i l A B S
16、T R A C T i v i 言 1 1 l 选题背景和意义 1 12 国内外研究现状 2 13 本文的研究内容和方法 9 2 盾构法施工引起的周围土体变形 1 I 2 l 盾构注妁施工特点 l l 22 盾构施工引起地层变形的机理 1 2 23 盾构施工引起地层变形规律 1 2 2 4 盾构穿越工程旌工控制措施 1 5 25 本童小结 1 5 3 盾构施工对桩基的影响机理 1 6 3 I 竖向承载桩的基本理论 1 6 32 桩与盾构隧道在横截面上的位置关系 1 8 33 盾构各施工阶段对桩基的影响机理 2 0 3 4 本章小结 2 】 4 盾构下穿铁路桥影响分析 2 2 4 1 工程概况
17、2 2 42 计算模型的建立 2 5 43 工程监测措施 2 9 4 4 三维数值模拟结果分析 3 0 45盾构掘进参数控制44 4 6 本章小结 4 4 5 盾构旌工优化分析 4 5 5I 不同注浆效果的影响分析 4 5 52 不同土仓压力的影响分析 4 7 53 本章小结 5 0 6 盾构穿越桩基的对策 5 1 61 盾构穿越桩基的方法步骤 5 1 62 盾构施工的影响范围及近邻桩基旌工的判断 5 4 I E 珏至盟厶生亟堂位监塞 目曩 63 盾构穿越近邻桩基的主要措施 5 4 6 4 广州地铁二号线工程盾构过近邻桩基的施工技术5 8 65 本章小结 7 结论及展望6 0 7 1 主要结论
18、 72 进一步研究的展望6 0 参考文献6 2 作者简历6 5 独创性声明6 6 论文数据集6 7 业互。己亟玉岜丑土生盟监立_ _ 一- 昱L 壹 1 引言 】1 选题背景和意义 随着经济和社会的发展,城市化进程越来越快,大量人口涌入城市,使得城 市建设面临着诸多严峻的问题,交通阻塞、空间拥挤、环境污染等问题亟待解决。 我国的许多城市由于前期的规划不够具体,这方面的问题更加突出。为了解决这 些问题,实现城市可持续发展,世界发达国家都在把地下空间作为新的国土资源。 开发利用城市地下空间,成为越来越受到重视的城市建设指导方针和发展方向。 作为城市地下空间开发的重要方面,城市地铁、地下供水管道、地
19、下合流污水管 道、地下煤气管道等城市地下隧道的建设更是日益受到各国的重视。 在城市地下隧道的修建方法中,盾构法隧道是最主要采用的方法之一。它由 于在施工过程中对周围环境影响小、施工速度快、施工安全而受到人们的重视。 盾构自1 8 2 5 年由法国工程师B r u n e l 创制,并首次应用在英国伦敦泰晤士河水下隧 道,目前经过多年的发展,盾构施工水平已有了很大的提高,特别是长5 0 k i n ( 海 底长3 75 m ) 的英吉利海峡隧道、东京湾海底公路隧道( 盾构直径1 41 4 m ) 的修 建,表明盾构法隧道的施工水平己达到一个新的高度。 目前,许多国家和地区的城市地铁建设都采用了盾
20、构法施工。我国在5 0 年代 开始使用盾构法修建隧道,1 9 5 7 年在北京下水道工程中使用过直径为22 m 及26 m 的盾构:然后上海也开始采用盾构进行隧道施工。目前,己建成几十条直径2 1l m 的隧道,如上海的打浦路过江隧道、延安东路过江隧道、合流污水一期工程、上 海地铁一号线、上海地铁二号线、广卅I 地铁一号线等。目前,我国己进入地下铁 道大发展时期北京、天津、上海、广州、南京、深圳、杭州、苏州、无锡、青 岛等城市的地铁正在兴建,另外还有多个城市的地铁也正在试验准各阶段。 城市环境中,高层建筑、高架桥粱等密布云集,这些结构物很多都采用桩基 基础,由于受线路、地下空间等的限制,隧道有
21、时不可避免地要从这些桩基的下 方、侧旁或正好桩位置处穿过。盾构法施工技术在今天虽然有了长足的发展和进 步,但在施工中仍不可避免地引起周围土体的移动移动土体作用在桩上,就会 对桩产生一定的位移和内力影响,同样,由于桩基超载的存在,也可能引起管片 衬砌结构相对较大的内力和变形。 深圳地铁2 号线东延线大剧院站东门站区间位于深南东路底下,地铁隧道 从深圳铁路特大桥正下方穿过( 见图1 1 ) 。隧道外边缘距离广深I 、I I 、I I I 、 d E 噩至煎五生亟芏建业窑I l 言 线铁路桥桩基础桩端的最小垂直( 水平) 距离分别为1 30 m ( 02 4 m ) 、o5 7 m ( 1 5 4
22、m ) 、 96 m ( 02 4 m ) 、O5 7 m ( 15 4 ) 。盾构如何近距穿越这些桩基,保证上部铁路桥的 安全和正常使用就成为工程的难点和关键, I o5 61 25 6 1 25 6】O5 6 硬岩地层,铁路桥桩底离隧道顶虽小垂直( 水平) 距离只有 05 7 m ( 15 4 ) m ,因此,必须控制好盾构掘进参数,既能有效地破碎强度较高的 地层的扰动,保证广深铁路桥桩基沉降在允许的 范围值内。 表4 - 2 盾构下穿广深铁路桥地质分层特性表( 地面至隧道底) “ E H 口# t g g # 警鬻2 嚣孺 n # “一n :,t * t 、m ;”t : i :;i :
23、。;j ;i 裟霎4 0 8 4 6 8 ”4 “ * 、淤泥质粘 3 03 l 蓥署蔷:5 部流塑状或可塑状。糟砂 兰:! 1 39 3 。9 i ;? :嚣髫轳“蛳枯工8 全风化托岗片 岩# 呈坚磋土状,手持具砂感目央强丽 ,s ”t 缝i # i ;i # ;锡善甓? 麓i 遗水性。 原岩结构清晰日见,R 化剧裂辣发育 岩g i g 醺状,月* 强凡化碎块或角 8 o 砾手日折断。长i 含i 较高R 化成$ 蝇 c 遇水W 呈糊状在动水作用T 易软化、 E 9 - 2 一 状强R 化# 岗 2 4 里鳖:! 曼垄垄丝: 原岩结构清晰目见R 化剧烈裂隙茬育, 9 - 22 强风化花岗岩4
24、, 5 隙间铁锰质渲染。岩芯多半岩半士状H 角砾状碎块状为主。中等透m 性。 质鞍硬饕矿物”为i 蔓、K i 、粘 9 3 中等目化# 目岩10 6 。i i 岔篙燃Z 萼燃娑 隙目日见次生牯矿物,抗度2 68 4 2计算模型的建立 1 、模型概述 广卅l 地铁2 号线盾构施工涉及影响包括:广深铁路I i v 号线的轨道、道床、 桥面板4 个、桥墩2 0 个,承台2 0 个,桩基8 8 根。 广深铁路桥I I v 线行车情况不一,隧道外边缘距离广深I 、I l 、m 、I v 线铁 路桥桩基础桩端的最小垂直( 水平) 距离分别为1 3o m ( O2 4 m ) 、0 5 7 m ( 1 5
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